TIG焊熔池流动行为的试验研究

发布时间：2017-10-20 15:28

  本文关键词：TIG焊熔池流动行为的试验研究

  更多相关文章： TIG焊 激光反射 粒子示踪 可视化研究 熔池流动行为

【摘要】：随着社会工业水平的进一步发展,追求高效率、高质量的焊接工艺水平日益受到广泛的关注。提高焊接速度、优化填充材料组分等可以有效的得实现工业发展需求,但是随着焊接速度的增加熔池流动行为也变得更为剧烈,与此同时,焊缝中材料组分的复杂化也将会使得熔池中流动行为更加复杂化。熔池的流动行为又直接影响到焊缝宏观成形、微观组形态、元素扩散迁移、合金元素的稀释等,这些会对焊缝接头的性能产生至关重要的影响,因此,对于焊接熔池流动行为的研究有着重大意义。本文为了探究熔池流动行为,以TIG焊作为焊接工艺试验方法,采用可视化粒子跟踪方法作为研究主线。基于这一主线,搭建了熔池激光反射可视化研究平台,在所搭建的平台的基础上,分别对304不锈钢和Q235碳钢的熔池流动行为进行了试验研究。进一步探究了异种钢焊接熔池流动行为,选取304不锈钢/Q235碳钢、316L不锈钢/Q235碳钢、304不锈钢/316L不锈钢三种不同的异种钢焊接的熔池流动作为研究对象。基于图像处理方法,对熔池表面流动速率进行了定量计算。为了更好地进行试验数据的后处理,准确的提取了304不锈钢TIG焊的熔池边缘。具体研究内容如下:1.基于所搭建的熔池激光反射平台,分别对涂覆有示踪粒子的304不锈钢和Q235碳钢进行普通脉冲TIG焊,基于像素坐标原理对试验所采集的数据进行处理,得到了304不锈钢和Q235碳钢熔池表面示踪粒子的运动轨迹,以此表征了熔池表面液态金属的流场,结果表明:304不锈钢TIG焊时示踪粒子由熔池边缘逆时针运动到熔池中心,这表明熔池表面的液态金属是由熔池周边以逆时针旋转的方式进入到熔池中心的;Q235碳钢TIG焊时示踪粒子的运动过程基本没有方向性且一直在熔池边缘,这表明Q235碳钢在TIG焊时,熔池表面的液态金属是以不定向,不规则的轨迹最终流向熔池边缘。通过实际熔池宽度和熔池像素宽度的映射关系,得到示踪粒子在熔池表面的实际运动距离,求得304不锈钢TIG焊时熔池表面的流动速度大约为10~15mm/s,Q235TIG焊时熔池表面的流动速度大约为10~16mm/s。2.为了探究异种钢焊接时,熔池表面的流动行为。基于与上述相同的试验平台和试验方法,研究了304不锈钢/Q235碳钢、316L不锈钢/Q235碳钢、304不锈钢/316L不锈钢三种不同的异种钢焊接的熔池流动,为了进一步探究异种钢焊接熔池内部的流动情况,用EDS方法研究了焊缝区域的元素分布,以此来推理熔池内部的流动行为。结果表明:在不锈钢与碳钢焊接时,熔池表面金属由不锈钢向碳钢一侧流动,当304不锈钢与316L不锈钢焊接时向304不锈钢一侧转移,其中304不锈钢/Q235碳钢熔池表面液态金属的流动速度约为24~28mm/s,316L不锈钢/Q235碳钢熔池表面液态金属的流动速度约为20~24mm/s;304不锈钢/316L不锈钢熔池表面液态金属的流动速度约为15~18mm/s,熔池内部液态金属是由碳钢侧流向不锈钢侧的。3.为了准确的进行熔池图像数据的后处理,对304不锈钢TIG焊熔池图像进行了预处理,二值化,基于Canny、Prewitt、Robert、Sobel、Laplace五种边缘检测算子进行了边缘提取,探究最佳的数据后处理方法,结果表明:首先对图像进行预处理,然后图像经过二值化后,使用Robert边缘检测算子所提取到的熔池边缘最优。
【关键词】：TIG焊 激光反射 粒子示踪 可视化研究 熔池流动行为
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG444.74
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 课题背景11-12
• 1.2 国内外研究现状12-22
• 1.2.1 TIG焊熔池流动试验研究现状12-20
• 1.2.2 TIG焊熔池流动数值模拟研究现状20-22
• 1.3 本文的研究内容及意义22-24
• 第二章 熔池表面观测系统的构建24-30
• 2.1 TIG焊熔池表面反射模型24-25
• 2.1.1 熔池表面的反射特性24-25
• 2.1.2 摄像机采集特性25
• 2.2 熔池表面观测系统的设计并搭建25-27
• 2.3 激光熔池反射系统的可行性分析27-29
• 2.4 小结29-30
• 第三章 TIG焊熔池边缘检测与提取30-41
• 3.1 熔池表面流动图像的预处理31-33
• 3.1.1 对所需图像信息的剪裁31
• 3.1.2 滤波31-33
• 3.2 基于边缘检测算子的熔池边缘提取33-38
• 3.2.1 Canny算子33-34
• 3.2.2 Prewitt算子34-35
• 3.2.3 Robert算子35-36
• 3.2.4 Sobel算子36-37
• 3.2.5 Laplace算子37-38
• 3.3 图像二值化后的边缘检测38-39
• 3.3.1 图像二值化处理38
• 3.3.2 边缘检测38-39
• 3.4 小结39-41
• 第四章 TIG焊熔池表面液态金属流动行为的试验研究41-57
• 4.1 试验方法及材料41-43
• 4.1.1 激光熔池反射系统所得的熔池流动图像41-42
• 4.1.2 脉冲焊接对熔池流动的影响及研究图像的选取42-43
• 4.2 304不锈钢熔池表面流动行为43-49
• 4.2.1 基于matlab像素定位示踪粒子流动轨迹的提取43-46
• 4.2.2 304不锈钢熔池流场的提取与分析46-49
• 4.3 Q235普通碳钢熔池流动行为的试验研究49-53
• 4.3.1 基于matlab像素定位示踪粒子流动轨迹的提取49-51
• 4.3.2 Q235普通碳钢熔池流场的提取与分析51-53
• 4.4 熔池流场的速度计算53-56
• 4.5 小结56-57
• 第五章 异种钢熔池表面流动行为的试验研究57-73
• 5.1 试验材料及方法57-58
• 5.2 试验结果58-69
• 5.2.1 熔池表面流场提取58-68
• 5.2.2 流场速度计算68-69
• 5.3 异种钢焊接接头的元素分布分析69-71
• 5.3.1 试验方法70
• 5.3.2 试验结果与分析70-71
• 5.4 小结71-73
• 结论73-74
• 参考文献74-77
• 致谢77-78
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录78

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